视觉导航AGV/AMR,实现视觉导航的三种方式

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视觉导航是指通过摄像头采集周围环境的图像,对图像进行滤波和计算,完成自身位置确定和路径识别,并做出导航决策的一种导航技术。

实现视觉导航的三种方式。

 

在移动机器人行业,近年来,基于SLAM技术,以摄像头为传感器的视觉导航应用逐渐增多。

 

经典vSLAM系统流程图。

实现SLAM方案的方式主要有三种:基于RGBD的深度相机、单目(鱼眼)相机和双目(或多目)相机。就实现难度而言,顺序大致如下:单目视觉>:双目视觉>:RGBD .

单目相机SLAM简称MonoSLAM,即只用一台相机即可完成SLAM。这样做的好处是传感器非常简单,成本非常低,所以单目SLAM非常受研究者关注。与其他视觉传感器相比,单目相机不需要获取环境的绝对深度,但单目相机最大的问题是没有尺度信息,比如图片中的尺度关系。人之所以能被区分,是因为我们经过了大量的训练,类似于深度学习。但是机器视觉无法从一张图片中得到空之间的关系,因此需要移动相机来估计不同姿态下的图像关系,从而得到尺度信息,相当于一个变基线的双目相机。

与单目摄像头相比,双目(多摄像头)可以通过多摄像头之间的基线来估计空之间的点的位置,并可以在移动或静止时估计环境深度。与单目相机不同,双目相机的配置和标定比较复杂,其深度范围受到双目基线和分辨率的限制,因此需要FPGA来完成距离测量。双目相机对计算能力的要求很高,近年来由于CPU和GPU的计算能力不断提升,逐渐发展成为主流传感器。

 

RGBD相机是2010年左右开始兴起的一种相机。它最大的特点是可以通过红外结构光或飞行时间原理直接测量图像中每个像素与摄像头之间的距离。因此,它可以提供比传统相机更多的信息,并且不需要像单目或双目那样费时费力地计算深度。然而,大多数RGBD相机仍然存在测量范围窄、噪声大、视野小等问题。由于测量范围的限制,主要用于室内SLAM。

与其他导航方式不同,视觉导航AGV最大的优点是不允许有固定的参考物体。然而,在AGV的发展过程中,对车辆和执行器的定位精度要求越来越高。汽车生产线上使用的视觉导航系统虽然可以达到0.1毫米的定位精度,但基于无固定基准视觉导航的AGV定位精度往往不高(纯视觉导航)。此外,视觉导航高度依赖光线,在黑暗的地方或一些无纹理的区域需要辅助传感器。

因此,纯视觉方案在实际应用中仍然存在很多限制,没有真正的纯视觉导航方案。目前,为了获得更高的定位精度,保证机器人在各种环境下的稳定运行,移动机器人的视觉导航系统除了视觉导航外,还需要其他导航或定位系统作为辅助。同时,可以尽可能使用具有固定参考对象的视觉导航系统,以获得更好的定位精度和安全性。

落地应用逐渐增多

虽然视觉导航的发展落后于激光slam导航AGV,但由于其特点,视觉导航被认为是未来行业应用的主要方向之一。

首先是价格优势。与市场上主流的磁导/激光制导AGV相比,视觉传感器的优势在于性价比极具竞争力。世界顶级工业相机供应商的产品价格在3000元左右,是同级激光传感器产品价格的10-20%。更低的制造成本意味着更低的产品价格,更有利于提高本体企业的产品竞争力或终端客户的投资回报周期。

其次,在智能方面,视觉导航信息获取能力强。视觉导航可以从环境中提取语义信息,因此可以适应客户日常使用需求的复杂场景,比如识别长期使用后变形的货架和托盘;提取短时间内处理能力激增的信息;狭窄空等条件下的车辆调度。

另外,视觉导航模块具有系统扩展性。随着通信设备/处理器等外围设施的不断完善,视觉导航模块正在快速进步。视觉导航与计算机的连接可以实现大规模调度任务,视觉导航技术与5G、云系统的融合将进一步完善。

图表:国内主流视觉导航AGV/AMR厂商(本表粗略统计,如有不完善请指正!)

从入局企业来看,目前行业内专注于视觉导航产品的企业并不多,很多企业正在将其作为产品线之一进行开发,而部分企业还在观望。总的来说,随着入局企业越来越多,视觉导航技术近年来得到进一步发展,尤其是落地应用越来越多。未来随着技术的进一步发展和视觉导航产品市场认知度的进一步提高,相信会迎来大规模应用。

企业文章

未来机器人:视觉行业无人车突破多个物流核心,刚需场景。

未来,机器人将从事工业无人车的技术开发和生产。自2016年以来,公司结合计算机视觉、运动控制、人工智能、深度学习等技术,研发生产了一系列可视化工业无人车,现致力于融合L4级无人驾驶感知技术和视觉伺服运动控制技术,实现可视化工业无人车在多个行业的大规模推广。到2021年,未来机器人已经在视觉行业开发并量产了8个系列的无人车及配套软件系统,产品特点如下:

a)快速部署:利用工业相机强大的信息获取能力创建可视化SLAM地图,与其他方案相比,可减少80%的反射器等人工标签的使用,使场地改造接近于零,从而更能适应场地环境的变化;

b)高精度感知与控制:基于联合研发的新一代复合传感器,工业无人车的感知空和感知精度大幅提升,可实现高度智能的自主导航、货物取放和避障,单车运行效率更高、更稳定。具有高精度(误差小于5毫米)的随机品类和姿态的自适应取放货物;

c)大规模车辆调度:车辆云调度具有高效、高灵活性、安全稳定等优点。无缝连接MES、WMS、ERP等系统,配合未来机器人视觉导航模块,实现多模型、跨场景调度;

d)低成本存量车辆的改造:不需要对原有的车辆结构和系统进行改造,适应不同品牌/驾驶模式的工业车辆,解决工业车辆的一般控制问题。

在开发该系列产品的同时,未来的机器人也在不断探索在各个行业的应用。2019年,其户外无人牵引车上市,突破了长距离户外无人搬运场景。2020年首次突破外平台无人装卸场景。未来,为某超大型石化工业集团公司打造的机器人视觉导航无人叉车系统成功落地。该解决方案是业内首个针对外平台装载场景的无人化物流解决方案,实现了工厂物流从线侧转运-货物堆放-外平台装载全流程真正的无人化升级。

目前,未来机器人视觉行业的无人车已广泛应用于石化、烟草、工程机械、汽车零部件、轮胎、电商物流、第三方物流、3C制造、食品医药、新能源等领域,覆盖外部平台装载、料笼堆放、货物装卸、户外长途运输等核心场景。累计落地项目75个,累计客户超100家,其中财富500强企业30余家,累计出货量超500台。

松井智能:系列视觉AMR打通制造搬运的所有环节。

作为国内领先的智能物流系统集成商和物流设备制造商,松井智能自2014年开始致力于视觉导航机器人的产品研发,并于2017年推出首款Beetle系列视觉导航AGV。随后逐渐推出了长颈鹿、梅花鹿、灰骆驼、猛犸、小精灵等一系列基于视觉SLAM融合导航技术的AMR产品矩阵。

 

其中,窄巷梅花鹿AMR是松井智能视觉导航系列的代表产品,其具体特点如下:

(1)智能状态感知:基于3D视觉技术,实时感知周围工作环境;对货物结构、偏差、超限、重量偏差等核心参数的感知;实时感知“人、机、物”距离、坐标位置等关键因素。

(2)实时分析决策:基于可视化SLAM融合导航技术,实时建立监控地图,根据智能算法不断分析AGV位置变化,实时决策路径轨迹,兼容不同的运行场景。

(3)【精准高效执行:视觉对中,感知托盘和货物的结构和位置,在取放货物时进行二次视觉检查和复合,实时修正取放和行走的路径和定位坐标,优化末端行走和取放货物的速度,实现AGV产品的高精度定位和高效运行。

(4)灵活的可视化部署:具有大屏可视化人机交互,无需环境变换,可在自然环境中实时构建地图,并具有自学习和优化能力,无需过多人工干预,可实现快速定制部署。

(5)智能安全管控:可实现360度全覆盖安全检测和避障功能,可实现人、机、物混合场使用;车前装有3D安全摄像头,顶部用激光雷达扫描,车两侧用激光雷达270°扫描,从而探测低物体的高度。叉齿配有微视摄像头和机械防撞条,实现多级安全防护和控制策略。

目前,松井智能视觉导航产品已广泛应用于制造业原辅材料和成品的搬运和配送,以及空托盘或空集装箱的堆放、收集和搬运。如松井为重庆望城科技打造的智能仓储项目一期,10台窄道叉车视觉融合导航AGV、8台全方位视觉融合导航AGV,结合中央调度系统,仓储空利用率提升60%,配送效率提升50%;减少人力60%;物流管理成本降低50%。

 

自2017年推出首款视觉导航移动机器人以来,松井智能不断迭代技术,推陈出新,扎实的产品赢得了市场的青睐。截至2021年5月,其相关产品累计出货量已达数百台。

蓝芯科技:聚焦深视野,赶超一流企业。

2021年3月,蓝芯科技宣布完成A系列融资;今年4月,蓝芯科技正式发布了移动机器人视觉避障产品Eagle-M3。作为一家VMR(视觉移动机器人)公司,蓝芯科技的核心技术Deep Vision已经逐渐从低调的幕后走向前台。

从3D视觉传感器到整机,打造全链条产品矩阵。

蓝芯科技成立于2016年,是一家年轻的机器人公司,但在视觉领域沉淀多年。——蓝芯科技创始团队来自中国科学院自动化研究所,从事视觉领域技术研究、探索、创业近20年,是一个彻头彻尾的“中科系”。

基于人口老龄化、智能制造的发展趋势、机器视觉在安防领域的产业化,蓝芯科技创始团队判断机器人时代已经到来,深度视觉可以增强机器人的灵活性和智能性,未来每个机器人至少要有一套视觉。

蓝芯科技提前布局,持续投入,现已拥有从3D视觉传感器、视觉系统、机器人到工业解决方案的全链条产品矩阵。全链条产品矩阵,让蓝芯科技在多个行业、复杂场景下拥有客户服务能力。

深度视觉赋能制造多场景应用。

在大型消费电子企业工厂中,环境复杂多变,对移动机器人的定位导航是极大的考验。尤其是成品仓库,货物频繁进出仓库,依靠激光雷达导航很容易丢失定位。而3D视觉导航可以解决场景变化带来的定位丢失问题。

此外,企业对机器人的安全水平要求较高,仅使用激光避障存在较大盲区,而3D视觉避障可以弥补激光避障的缺陷。项目上线后,工厂实现了原料仓库、生产区、成品仓库的全自动化物流。

聚焦深视野技术和市场赶超一流企业。

蓝芯科技创始人兼CEO高永博士表示,蓝芯科技自成立以来就立志成为新一代工业移动机器人,通过深度视觉赋予机器人强大的感知能力。经过持续投入,蓝芯科技的移动机器人深度视觉系统已形成完整的技术体系,应用市场快速推进。

目前,蓝芯科技的产品和解决方案已覆盖3C电子、半导体、新能源、汽车零部件、工程机械、服装等行业,合作客户包括华为、中兴、东芝、富士康、COMAC、浙江省公安厅、魏星、奇派等。

“学习宋新在技术上的创新发展,在商业上赶超现在的宋新。”——蓝芯科技为自己定下了学习赶超的目标。

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